申请日2014.01.10
公开(公告)日2014.05.07
IPC分类号C02F3/00; C02F101/30; C02F3/34; C02F3/32
摘要
本发明公开一种工业污水生物膜处理装置，其特征在于：包括机壳、设置在机壳内的活性生物膜填充层、设置在生物膜填充层底部的鼓气装置以及设置在机壳顶部的透气孔。本发明的工业污水生物膜处理装置设计了独特的活性生物膜结构，不但能够提供更大的有机污染物降解反应面积，更具有不易堵塞的优点。此外，本发明的出气口利用流体力学的原理，以较小功率的气泵组件带动大量的污水流动，能够有效地达到节能的目的。同样的通气量，本发明的出气口所能带动的废水量及水流速度是普通出气口的十五倍以上。
权利要求书
1.一种工业污水生物膜处理装置，其特征在于：包括机壳(1)、设置在机壳(1)内的活性生物膜填充层、设置在生物膜填充层底部的鼓气装置以及设置在机壳顶部的透气孔(12)。
2.根据权利要求1所述的工业污水生物膜处理装置，其特征在于：所述机壳为倒扣的半球体，其底部为与机壳(1)等径的具有进气孔(131)的圆盘(13);所述鼓气装置设置在所述圆盘(13)下方;所述活性生物膜填充层包括至少2层活性生物膜子层(2);所述至少2层活性生物膜子层为与所述机壳同心的倒扣半球状;所述活性生物膜子层(2)的顶部设有与所述透气孔(12)同轴的通孔(22)。
3.根据权利要求2所述的工业污水生物膜处理装置，其特征在于：所述相邻活性生物膜子层(2)底部间的距离为1-5cm;所述进气孔(131)为与所述相邻活性生物膜子层(2)的间隙对应且宽度等于间隙的弧形孔;所述鼓气装置包括气泵组件以及与气泵组件连通的出气口;所述出气口包括一水平设置在所述圆盘下方的中空环状体(3)，所述环状体(3)的包括位于下端出气部(31)以及位于上端的引导部(32);所述出气部(31)截面为弧形，其横向宽度大于引导部(32)截面的横向宽度;出气部(31)的外侧通过支撑面(33)与引导部(32)外侧连接，出气部(31)内侧通过一水流加速面(34)与引导部内侧连接;所述支撑面(33)的截面为竖立的直线，所述水流加速面(34)的截面为外凸的平滑曲线;所述出气部(31)的内侧与水流加速面衔接处设有一圈水平的出气缝(35)，所述出气缝(35)的开口朝向与水流加速面(34)相切。
4.根据权利要求2或3所述的工业污水生物膜处理装置，其特征在于：所述活性生物膜子层包括由聚碳酸酯丝编织成的半球形骨架以及覆盖在骨架内外表面的活性生物膜;所述骨架上设有密度为10个/cm2-15个/cm2的通孔，所述通孔孔径为0.2-0.5mm;所述骨架表面还设有多个同心的环形凹槽。
5.根据权利要求4所述的工业污水生物膜处理装置，其特征在于：所述活性生物膜包括基质以及被基质吸附的生物活性成分;所述基质的原料包括按重量计20-40份的琼脂、5-25份氨基硅球、50-80份的海藻酸钠、10-15份的聚乙烯肽胺;所述生物活性成分由按重量计7-15份的凤眼莲根系提取物以及1-5份浓度为105-107cfu/mL的鼻疽诺卡氏菌菌悬液为原料制成;所述凤眼莲根系提取物为按重量计鲜重20-40份的凤眼莲根裁切为1-2cm小段后与30-45份的清水混合并通过旋转式摇床以100-300r/min的转速震荡3-5min，除去所述凤眼莲根而成;所述基质的原料与所述生物活性成分原料的质量比为5:1。
6.根据权利要求5所述的工业污水生物膜处理装置，其特征在于：所述生物活性膜的制备方法为将所述琼脂、海藻酸钠、聚乙烯肽胺混合，加入体积为所述混合物1.5-2倍的水，加热至80-90℃使上述混合物溶于水制成熔胶;将熔胶涂覆在所述骨架内外表面;溶胶凝固后，在其表面涂覆所述凤眼莲根系提取物，置于20-30℃环境中干燥30-50min;再向溶胶表面涂覆所述鼻疽诺卡氏菌菌悬液，置于30-35℃环境中静置2-5小时。
7.根据权利要求3或4所述的工业污水生物膜处理装置，其特征在于：所述环状体外直径与圆盘直径之比为0.7：1-0.8:1;所述环状体与圆盘间距与环状体外直径之比为1:20-1:30。
说明书
一种工业污水生物膜处理装置
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种工业污水生物膜处理装置。
背景技术
工业废水中主要含染料、浆料、助剂、油剂、酸碱、纤维杂质、重金属盐等，具有成分复杂、多变化、浓度高、色度高、毒性强、难降解、水质变动范围大的特点，是我国主要的有机废水污染源之一;据有关部门统计，目前我国每年产生工业废水约为50亿吨。此外，传统工业污水处理工艺方法处理还存在化学药剂使用量大、处理成本高、占地多、工艺复杂、投资规模大、废水回用率低等不足之处。特别是由于近年来出口服装产业的发展、印染后整理技术的进步， PVA 浆料、人造丝碱解物(主要是邻苯二甲酸类物质)、新型助剂等难生化降解的有机物大量进入废水中，漂染废水的处理难度也在增加，使用目前的活性污泥降解工艺已无法完全处理这样的有机废水，传统处理方法受到严重的挑战。因此，找到一种新型的、技术成熟的工业污水处理方法代替传统处理工艺就显得非常迫切。
生物膜法是一种常用的废水生物处理技术，主要是利用附着于固体介质表面的微生物进行有机废水的处理。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自固体介质向外可分为厌氧层、好氧层、附着水层和运动水层，其原理为：生物膜首先吸附附着水层有机物，由好氧层的好氧菌将其分解，再进入厌氧层进行厌氧分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复从而达到净化废水的目的。但是，生物膜上微生物的不断生长繁殖以及生物膜截留的污物会增加过滤阻力，甚至阻塞滤料，尤其当废水预处理不充分或者生物滤池受到负荷冲击时，滤料极易发生堵塞，从而造成处理效果低下甚至无法处理等后果。现有技术一般通过设置反冲洗机构对生物滤池进行冲洗，以降低过滤阻力、防止滤料堵塞。
如申请号为200610068949.0 的中国专利文献公开了一种曝气生物滤池，包括滤池、设置在滤池内的曝气装置、设置在滤池内的过滤装置和与滤池底部相通的脉冲式反冲洗装置，该脉冲式反冲洗装置能够对滤层进行多次脉冲冲洗，具有良好的冲洗效果。但是，本发明提供的生物滤池本身依然较易堵塞，需要频繁进行反冲洗，在对生物滤池进行反冲洗时，首先关闭废水进水管阀门，再采用清水对所述曝气生物滤池进行反冲洗，不仅浪费水气资源，而且降低了废水处理效率。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种生物膜反应器，本发明提供的生物膜反应器用于处理废水时能耗低、不易堵塞、抗负荷冲击能力强，具有较好的污染物去除效果。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种工业污水生物膜处理装置，包括机壳、设置在机壳内的活性生物膜填充层、设置在生物膜填充层底部的鼓气装置以及设置在机壳顶部的透气孔。
鼓气装置可向废水中鼓气，提高废水的溶氧浓度，加速其中有机污染物的降解。鼓气装置鼓出的气体在废水中上升，带动废水上升至生物膜填充层，可促进生物膜填充层中废水的流动速度，从而进一步促进废水中有机物污染物的分解。通过鼓气装置带动废水流动，其流速均匀，且不易将质量较大的不溶性杂质搅动，可有效防止位于废水上层的生物膜填充层被不溶性杂质堵塞。
进一步的，所述机壳为倒扣的半球体，其底部为与机壳等径的具有进气孔的圆盘;所述鼓气装置设置在所述圆盘下方;所述活性生物膜填充层包括至少2层活性生物膜子层;所述至少2层活性生物膜子层为与所述机壳同心的倒扣半球状;所述活性生物膜子层的顶部设有与所述透气孔同轴的通孔。
鼓气装置产生的气体带动废水从圆盘的进气孔进入生物膜子层，与每个生物膜子层接触，分解其蕴含的有机污染物，处理完的废水最终从机壳顶部的透气孔流出。倒扣的半球体机壳及活性膜生物膜子层能够提供更大的反应面积，有助于进一步提高本发明对废水中的有机污染物的降解效率。同时，倒扣的半球状生物膜子层能够防止废水中的固体杂质堆积，进而当值生物膜子层件的空隙被堵塞。另外，半球的形状具有较高的机械强度，可耐受水流的冲击和较高的水压。
所述相邻活性生物膜子层底部间的距离为1-5cm;所述进气孔为与所述相邻活性生物膜子层的间隙对应且宽度等于间隙的弧形孔;所述鼓气装置包括气泵组件以及与气泵组件连通的出气口;所述出气口包括一水平设置在所述圆盘下方的中空环状体，所述环状体的包括位于下端出气部以及位于上端的引导部;所述出气部截面为弧形，其横向宽度大于引导部截面的横向宽度;出气部的外侧通过支撑面与引导部外侧连接，出气部内侧通过一水流加速面与引导部内侧连接;所述支撑面的截面为竖立的直线，所述水流加速面的截面为外凸的平滑曲线;所述出气部的内侧与水流加速面衔接处设有一圈水平的出气缝，所述出气缝的开口朝向与水流加速面相切。
气泵组件将空气输入所述中空环状体内部，由于出气缝宽度较窄，无需加大气泵组件的功率即可使气缝射出的气体具有较高的压强，而带动环状体内侧的废水沿水流加速面向上流动。由于水流加速面上的废水流动的距离较环状体外侧的废水流动的距离长，依据Coanda效应，环状体内侧产生负压区。同时由于出气缝设置在出气部内侧与水流加速面的衔接处，其开口朝向与水流加速面相切，使所述负压区移动至环状体下方。在压力作用下环状体外侧的污水均被吸引至环状体下方的负压区，不同方向的水流在负压区聚集产生湍流，加速了有机污染物在负压区中心聚集。而环状体外侧的污水在压力作用下继续流向负压区，从而推动负压区的高浓度污水向上喷射。上述环状体利用流体力学的原理，以较小的功率产生较大的水流，节能效果明显且具有聚集有机污染物的作用。同时可通过控制气泵组件的通气量控制水流速度。
所述活性生物膜子层包括由聚碳酸酯丝编织成的半球形骨架以及覆盖在骨架内外表面的活性生物膜;所述骨架上设有密度为10个/cm2-15个/cm2的通孔，所述通孔孔径为0.2-0.5mm;所述骨架表面还设有多个同心的环形凹槽。
聚碳酸酯具有性质稳定、生物亲和力强、机械性能优秀等优点，用其作为骨架可有效提高活性生物膜的强度，使之不易损坏。通孔及通信环状凹槽均能进一步加大活性生物膜的面积，促进有机污染物的分解。
所述活性生物膜包括基质以及被基质吸附的生物活性成分;所述基质的原料包括按重量计20-40份的琼脂、5-25份氨基硅球、50-80份的海藻酸钠、10-15份的聚乙烯肽胺;所述生物活性成分由按重量计7-15份的凤眼莲根系提取物以及1-5份浓度为105-107cfu/mL的鼻疽诺卡氏菌菌悬液为原料制成;所述凤眼莲根系提取物为按重量计鲜重20-40份的凤眼莲根裁切为1-2cm小段后与30-45份的清水混合并通过旋转式摇床以100-300r/min的转速震荡3-5min，除去所述凤眼莲根而成;所述基质的原料与所述生物活性成分原料的质量比为5:1。
以本发明的用量调配琼脂、氨基硅球、海藻酸钠、聚乙烯肽胺为原料制造的降解层，能够使生物活性物质牢固地附着于其上，同时又具有良好的渗透性供废水中的有机物进入与生物活性物质反应，还具有较高的强度，不易被分解或废水侵蚀而破损。尤其是其中的氨基硅球，对非极性有机物具有极强的富集能力，能够提高生物活性膜附近非极性有机物的浓度，提高其降解效率。
本发明中生物活性物质选用凤眼莲根系提取物与鼻疽诺卡氏菌菌悬液组成。凤眼莲是一种常用于废水治理的植物，尤其对废水中有机污染物具有较高的降解效率。许多研究相信这是其根系微生物菌群的协同作用，但将上述微生物菌群从凤眼莲根系分离后单独用于污水处理，其性能有较大的下降。而直接利用凤眼莲进行污水处理，则具有处理周期长、凤眼莲枯萎后容易造成二次污染等问题。因此本发明将从凤眼莲根分离的微生物菌群附着于活性生物膜，进行污水处理。而发明人同时发现，本发明的活性生物膜具有增强凤眼莲根系提取物的生物活性。鼻疽诺卡氏菌(Noeardia·fareiniea)，属于诺卡式菌科的一种，广泛存在于自然界中。发明人发现，将其附着于本发明的生物活性膜上，能够与所述凤眼莲根系提取物协同作用而增强对漂染废水中的芳香类有机物的降解能力。此外，当废水的pH被调为3.8-4时，本发明的生物活性膜能够发挥最大的降解活性。
所述生物活性膜的制备方法为将所述琼脂、海藻酸钠、聚乙烯肽胺混合，加入体积为所述混合物1.5-2倍的水，加热至80-90℃使上述混合物溶于水制成熔胶;将熔胶涂覆在所述骨架内外表面;溶胶凝固后，在其表面涂覆所述凤眼莲根系提取物，置于20-30℃环境中干燥30-50min;再向溶胶表面涂覆所述鼻疽诺卡氏菌菌悬液，置于30-35℃环境中静置2-5小时。
采用上述方法制成的生物活性膜，具有比表面积大、有机物易于渗透、生物活性物质附着牢固、降解活性高、生物活性物质无需另外活化处理及机械强度高等优点。
所述环状体外直径与圆盘直径之比为0.7：1-0.8:1;所述环状体与圆盘间距与环状体外直径之比为1:20-1:30。
本发明的工业污水生物膜处理装置设计了独特的活性生物膜结构，不但能够提供更大的有机污染物降解反应面积，更具有不易堵塞的优点。此外，本发明的出气口利用流体力学的原理，以较小功率的气泵组件带动大量的污水流动，能够有效地达到节能的目的。同样的通气量，本发明的出气口所能带动的废水量及水流速度是普通出气口的十五倍以上。